Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L'objectif de ce travail de thèse a été de produire des matériaux expansés à partir de produits d'origine naturelle, en particulier à partir de tanins. Au moment où cette thèse a débuté, des études étaient publiées sur la possibilité d'élaborer ce type de matériaux avec des formulations qui comportaient du formaldéhyde. Cela allait à l'encontre du caractère naturel recherché puisqu'en fait, on utilisait des produits naturels et les faisait réagir avec un produit cancérogène. Il n'était donc pas possible de les présenter comme des matériaux « verts ». Aussi, nous avons voulu au cours de ce travail, élaborer des matériaux expansés uniquement à partir de produits naturels ou en découlant. Les tanins sont des substances naturelles chimiquement actives qui peuvent être utilisées afin de remplacer des produits homologues dérivés du pétrole comme le phénol par exemple qui présente des caractéristiques de réactivité chimique très similaires à celles des tanins condensés. Des formulations comportant des tanins condensés ont d'ailleurs déjà été étudiées pour élaborer des matériaux expansés. En considérant cela, ce travail de thèse s'est déroulé sous la forme de différents projets convergents vers un objectif commun: la production de mousses aux tanins plus naturelles et plus intéressantes pour l'industrie. Cinq projets ont ainsi été menés : 1. analyses de différents tanins, condensés, hydrolysables et synthétiques ; 2. production de mousses aux tanins sans utilisation de formaldéhyde ; 3. production de mousses aux tanins sans solvants ; 4. production de mousses aux tanins rigides ou élastiques ; 5. production de mousses aux tanins, sans acides, mais avec une catalyse alcaline / The aim of this thesis was to produce foamed materials from natural products, especially from tannins. At the time this thesis began, studies were published on the possibility of doing this type of materials with formaldehyde containing formulations. This was contrary to the desired natural character because in fact, were used natural products reacted with carcinogenic product. It was not possible to present them as "green" materials. During this thesis our aim was to develop expanded materials only from natural or bio-derived raw materials. Tannins are chemically active natural substances that can be used to replace homologous oil derivatives such as phenol which has characteristics of chemical reactivity very similar to those of condensed tannins. Formulations containing condensed tannins have already been studied to develop expanded materials. Considering this argument, this thesis takes place in the form of various projects converging towards a common goal: production of foams with more natural impact and interesting for tannins industry. Five projects have been completed: 1. analysis of various tannins, condensed, hydrolysable and synthetic ; 2. tannin foams production without the use of formaldehyde ; 3. tannin foams production without solvents ; 4. tannin foams production with rigid or elastic behavior ; 5. tannin foams production without acids, but with an alkaline catalysis

La lignine est un des polymères naturels les plus abondants et le seul constituant de la biomasse basé sur des unités aromatiques et, à ce titre, représente une ressource renouvelable prometteuse pour la production durable de molécules organiques plus complexes. Les travaux de cette thèse portent sur le développement de matériaux catalytiques capables de transformer sélectivement la lignine en molécules fonctionnelles de base, hautement oxygénées, et l'étude de leur mise en oeuvre en condition alcaline oxydante en utilisant le peroxyde d'hydrogène comme donneur d'oxygène. Différentes familles de matériaux hybrides de type SBA-15 à base de titane, Au/titane, Ag/titane et Fe(TAML) ont tout d'abord été synthétisées et entièrement caractérisées. Des études catalytiques comparatives ont ensuite été réalisées afin d'évaluer leurs performances en termes de degré de dépolymérisation et distribution de produits. Le catalyseur présentant le plus fort potentiel, le matériau TiO2 supporté sur SBA-15, a ensuite été soumis à des études de réactivité plus poussées afin d'optimiser les différents paramètres réactionnels (température, temps de réaction et quantité d'oxydant) permettant d'atteindre en présence d'un excès d'oxydant jusqu'à 90 %pds de conversion de la lignine et à 80°C un rendement en bio-huile de 50%pds constituée principalement d'acides carboxyliques et molécules aromatiques potentiellement valorisables / Lignin is one of the most abundant natural polymers and the only biomass constituent based on aromatic units and as such represents a promising renewable resource for the sustainable production of complex organic molecules. This dissertation reports on the development of catalytic materials capable of selectively transform lignin into basic functional molecules with high oxygen content and the study of their performance under alkaline oxidative conditions, using hydrogen peroxide as oxygen donner. Different families of hybrid materials based on the SBA-15 scaffold were first synthesized by incorporation of titanium, Au/titanium, Ag/titanium and Fe-TAML and completely characterized. Comparative catalytic studies were then accomplished in order to evaluate their performance in terms of degree of depolymerization and product distribution. The catalyst with the highest potential, the TiO2 based SBA-15 material, was then submitted to further reactivity studies in order to optimize the different reaction parameters (temperature, reaction time and quantity of oxidant). In the presence of an excess of oxidant, conversions up to 90 wt. % were obtained, whereas a temperature of 80 °C allowed to obtain a yield in bio-oil of 50 wt. %, which is mainly composed of carboxylic acids and aromatic molecules with potential to be further valorized

Dans ce travail, nous décrivons la méthode de synthèse, la structure, les propriétés et quelques applications en catalyse de différentes formes du carbone, en particulier les nanostructures carbonées (Chapitre I). La technique de dépôt chimique en phase vapeur en réacteur à lit fluidisé a été utilisée pour le dépôt de métaux ou d’oxydes de métaux sur des supports comme l’alumine ou la silice. Le matériau résultant est utilisé comme catalyseur pour la synthèse de diverses nanostructures carbones par dépôt chimique en phase vapeur catalytique : nanotubes de carbone mono- et multi-feuillets (SWCNTs, MWCNTs), nanofibres de carbone (CNFs), et des nanotubes de carbone (N-MWCNTs) ou nanofibres (N-CNFs) dopés en azote (Chapitre II). Après dissolution du catalyseur par un traitement a l'acide sulfurique ou par la soude, suivit dans le cas des MWCNTs et CNFs, par un traitement à l'acide nitrique pour générer des fonctions carboxyliques de surface, les nanostructures carbonées ont été utilisées comme supports de catalyseurs. L’hydrogénation du cinnamaldehyde a été choisit comme réaction modèle pour comparer les performances de différents catalyseurs bimétalliques de Pt-Ru en fonction de la nature du support. Une étude paramétrique détaillée ainsi que l'étude de l'effet d'un traitement thermique sur l'amélioration des performances du catalyseur de Pt-Ru/MWCNT sont présentes. Une explication de l'augmentation des performances catalytiques sera proposée après analyses du catalyseur par HREM, EDX, EXAFS et WAXS (Chapitre III). Les nanostructures carbonées préparées seront également testées comme supports conducteurs d'électrocatalyseurs pour l'élaboration d'électrodes de "polyelectrolyte membrane fuel cells" (PEMFC). / In this work, we describe the synthesis, structure, physical properties and some applications in catalysis of previously known carbon allotropes, and recently discovered carbon nanostructure (Chapter I). First, FB-OM-CVD deposition was used for metal or metal oxide deposition on metal oxide supports like alumina or silica, leading to the production of supported catalysts. The resulting material was used as catalyst for catalytic chemical vapor deposition of carbonaceous nanostructures i.e single- and multi-walled carbon nanotubes (SWCNTs, MWCNTs), carbon nanofibers (CNFs), and nitrogen doped carbon nanotubes (N-MWCNTs) and nanofibers (N-CNFs) (Chapter II). After catalyst removal by a H2SO4 or NaOH treatments and carboxylic surface group generation by a HNO3 treatment in the case of MWCNTs and CNFs, the carbon nanostructures were used as supports for heterogeneous catalysis. The hydrogenation of cinnamaldehyde was used as a model reaction to compare the performance of different bimetallic Pt-Ru catalysts as a function of the nature of the support. Detailed parametric studies as well as the effect of a heat treatment on the performance improvement of the Pt-Ru/MWCNT catalyst are presented. An explanation for the increase of performances upon heat treatment will be proposed after HREM, EDX, EXAFS and WAXS characterization of the catalyst (Chapter III). The prepared carbon nanostructures were also tested as supports for Pd based electrocatalysts for direct alkaline fuel cells applications in both cathodes for the ORR reaction and anodes for alcohols oxidation.

La série argileuse du Callovo-Oxfordien recouvre une transition minéralogique entre un interstratifié illite/smectite désordonné (R0 - partie supérieure) et un autre ordonné (R1 - partie inférieure. Or, la minéralogie de ces argiles conditionne les propriétés de rétention de la formation ainsi que leur réactivité en réponse à une perturbation physico-chimique potentiellement induite par le stockage. Dans une optique de caractérisation fine des minéraux argileux du Callovo-Oxfordien, les méthodes conventionnelles et simplificatrices d'identification comme l'utilisation d'abaques issus de la littérature ont été invalidées. La méthode retenue consiste à comparer directement des diffractogrammes de rayons X calculés avec ceux enregistrés sur un même échantillon après différents traitements et à en reproduire toutes les caractéristiques (positions des pics, rapports d'intensité, profils) à l'aide d'un modèle structural unique. Les minéraux argileux du forage EST104 peuvent ainsi être décrits comme un mélange de trois phases principales : une illite, une smectite et un interstratifié illite/expansible désordonné (R0) de composition fixe (35% exp.). Avec la profondeur les caractéristiques structurales de ces phases sont constantes. La transition minéralogique précédemment décrite traduit la modification des proportions relatives des différentes phases. Cette description diffère de celle classiquement proposée pour l'illitisation diagénétique des séries sédimentaires. Cependant, l'utilisation des mêmes outils sur une série diagénétique de référence conduit à une description similaire. Ces résultats novateurs impliquent de reconsidérer les mécanismes réactionnels proposés pour ces minéraux ainsi que leur modélisation cinétique. Enfin, la réactivité des minéraux argileux du Callovo-Oxfordien en réponse à une perturbation alcaline est très limitée par la présence de matière organique qui recouvre les particules argileuses et protège ainsi les sites réactifs des minéraux argileux.

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L’ostéoarthrose (OA) est une pathologie qui touche les articulations principalement chez les personnes âgées. Il devient capital de mieux cerner cette pathologie à cause des coûts économiques qu’elle engendre mais surtout à cause du vieillissement de la population. Cette maladie se caractérise par une dégradation du cartilage articulaire, une sclérose osseuse, une inflammation de la membrane synoviale ainsi que la présence d’ostéophytes. L’étiologie de cette pathologie est restée nébuleuse car la recherche sur la maladie touchait principalement le cartilage articulaire. Toutefois, le rôle clé de l’os sous-chondral dans l’OA est maintenant reconnu. L’obésité étant un facteur de risque de l’OA, nous avons émis l’hypothèse que la leptine, une adipocytokine clé dans l’obésité, joue un rôle important dans l’OA. En effet, la leptine modifie le phénotype des ostéoblastes (Ob) normaux humain et puisque les Ob OA humains ont un phénotype altéré, notre objectif était de déterminer le rôle potentiel de la leptine dans ces cellules. Pour ce faire, nous avons préparé des cultures primaires d’Ob issus de la plaque sous-chondral du plateau tibial de patients OA et d’individus normaux (N). L’expression de la leptine et de son récepteur actif (OB-Rb) ont été mesurées par RT-PCR en temps réel, et leur production a été mesurée par ELISA et immunobuvardage (IB). La prolifération des Ob OA a été déterminée par incorporation de BrdU. La phosphorylation de p42/44 MAPK dans les Ob OA a été déterminée par IB. Le phénotype des Ob fut déterminé par la mesure de l’activité de la phosphatase alcaline (ALP) et la sécrétion d’ostéocalcine (OC), en présence ou non de leptine. De plus, les effets des ARNs d’interférences (SiRNA) anti-leptine et anti OB-Rb sur le phénotype des Ob OA furent déterminés via leur impact sur l’activité de l’ALP et sur la sécrétion d’OC. L’effet dose-réponse de la leptine sur les expressions d’OB-Rb, du facteur de croissance TGF-1 ou encore sur sa propre expression furent déterminées par RT-PCR en temps réel. Pour terminer, la signalisation de la leptine a été étudiée en évaluant l’effet dose réponse de celle-ci sur la production des protéines JAK2 et STAT3 phosphorylées par IB. Les résultats obtenus ont montrés que les Ob OA expriment et produisent plus de leptine que les Ob N. Au niveau phénotypique, ces Ob OA possèdent une activité de l’ALP ainsi qu’une sécrétion d’OC plus importante que celles observées chez les Ob N. L’ajout d’anticorps inactivant l’interaction leptine et OB-Rb ou d’inhibiteurs chimiques comme tyrphostin ou piceatannol diminuèrent l’activité de l’ALP ainsi que la sécrétion d’OC dans les Ob OA. Par contre, l’ajout de leptine exogène aux Ob OA augmenta l’activité de l’ALP sans pour autant faire varier la sécrétion d’OC. La leptine à des doses de 1ng/ml à 10mg/ml stimula la prolifération des Ob OA ainsi que la phosphorylation de p42/44 MAPK. La leptine exogène diminua l’expression de TFG-1 tandis qu’elle stimula la phosphorylation de JAK2 et STAT3 ou encore sa propre expression de manière dose-dépendante. Cependant, l’expression d’OB-Rb diminua de manière dose-dépendante. Enfin, le traitement des Ob OA avec des Si leptine ou Si OB-Rb diminua l’activité d’ALP, la sécrétion d’OC, l’expression de la leptine, l’expression d’OB-RB ainsi que l’expression du facteur TGF-1. L’ensemble de ces données démontre que la leptine endogène des Ob OA est sous contrôle des facteurs de croissance et qu’elle contribue à maintenir le phénotype anormal de l’os sous-chondral OA. De plus, ceci suggère que la leptine serait un acteur important dans la régulation du remodelage osseux. / Osteoarthritis (OA) is a disease which mainly affects the joints in the elderly. It becomes essential to better understand this disease because of the economic costs it brings, but mainly because of population aging. This disease is characterized by a deterioration of cartilage, bone sclerosis, inflammation of the synovial membrane and the presence of osteophytes. The knowledge of its etiology has remained incomplete because research on this disease focused mainly on the articular cartilage. However, the key role of subchondral bone in OA is now recognized. Obesity is a risk factor for OA, then we hypothesized that leptin, a key adipocytokine in obesity plays an important role in OA. Indeed, leptin alters the phenotype of osteoblasts (Ob) and human Ob has altered phenotype in OA patients, our objective was to determine the potential role of leptin in OA Ob. To do this, we prepared primary cultures of Ob from the sub-chondral plate of the tibial plateaus of OA patients and normal individuals (N). The expression of leptin and its receptor active (OB-Rb) were measured by RT-PCR in real time, and their production was measured by ELISA and western blot (WB). The proliferation of Ob OA was determined by BrdU incorporation. The phosphorylation of p42/44 MAPK was evaluated by WB. The phenotype of Ob was determined by measuring the activity of alkaline phosphatase (ALP) and the secretion of osteocalcin (OC), in the presence or absence of leptin. Moreover, the effects of small interference RNAs (siRNAs) anti-leptin and anti OB-Rb on the phenotype of OA Ob were determined through their impact on the activity of the ALP and the secretion of OC. The dose-response effect of 1eptin on its own expression or the expressions of OB-Rb, the growth factor TGF-β1 were determined by RT-PCR in real time. Finally, signalisation of leptin in OA Ob was studied by evaluating the dose-response effect of this on the production of JAK2 and STAT3 protein phosphorylated by WB. The results showed that the OA Ob express and produce more leptin than N. Moreover, these Ob OA have an activity of the ALP and a secretion OC higher than those observed in N Ob. The addition of antibodies inactivating interaction leptin and OB-Rb or chemical inhibitors such as tyrphostin or piceatannol diminished the activity of the ALP and the secretion of OC in OA Ob against by the addition of exogenous leptin to Ob OA increased the activity of the ALP without influencing the secretion of OC. Leptin at doses of 1ng/ml to 10mg/mL stimulated the proliferation of OA Ob and the phosphorylation of p42/44 MAPK. Exogenous leptin decreased the expression of TGF-β1 while it stimulated the phosphorylation of JAK2 and STAT3 and expression of its own in dose-dependent manner. However, the expression of OB-Rb decreased in dose-dependent. Finally, the treatment of OA Ob with Si leptin or Si OB-Rb decreased activity of ALP, the secretion of OC, the leptin expression, expression of OB-Rb and the expression of TGF-β1 factor. All these data show that endogenous leptin Ob OA controls the growth factors and contributes to maintaining the abnormal phenotype of the subchondral bone OA. Moreover, this suggests that leptin is an important player in the regulation of bone remodelling

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Une approche in situ et expérimentale sont menées en baie de Marseille. Des mesures simultanées de PB, de RB, de la phosphatase alcaline (phos) et de la protéase (prot) sont réalisées. Des gradients de températures (12-32°C) de ces 4 activités sont effectués. Les résultats montrent que 1) les températures optimales et les Q10 varient saisonnièrement, 2) le BGE ne diminue pas nécessairement lorsque la température augmente et 3) quelles que soit les conditions in situ, l'assemblage bactérien possède un BGE à la température in situ proche de sa température optimale. Des expériences d'enrichissements en PO4 et glucose incubées à température in situ et température in situ + 3°C montrent que la nature de l'interaction entre la température et les ressources est principalement synergétique. L'hypothèse d'un scénario supposant des changements relatifs de PB, prot et phos lors d'un changement de température suggère que les taux prot/PB et phos/PB diminuent lors d'un réchauffement et augmentent lors d'un refroidissement. Enfin, ces expériences témoignent que la température et la disponibilité du PO4 sont les principaux facteurs limitant les activités hétérotrophes. L'étude du mode d'apport de la MO (pulsé ou en continu) menée sur 4 cultures saisonnières montre que selon les conditions environnementales et le mode d'apport de la MO, l'AB, la PB et la RB varient significativement. Toutefois, l'AB, la PB, la RB et le BGE ne montrent pas de différences significatives entre les réservoirs d'ajouts pulsés et d'ajouts continus de MO suggérant des communautés bactériennes peu sensibles à la nature de la perturbation nutritionnelle alors que leurs activités en sont fortement dépendantes. / In this work, in situ and experimental approaches have been carried out in Marseilles' Bay. Simultaneous measurements of bacterial production (BP), bacterial respiration (BR), alkaline phosphatase activity (phos) and protease activity (prot) have been performed. Kinetic temperatures (12-32°C) of these 4 activities have been also conducted. The results demonstrate that i) the optimum temperature and Q10 values vary seasonally, ii) BGE value does not necessarily decrease with increasing temperature and iii) whatever the in situ conditions, the bacterial assemblage has a in situ temperature BGE value close to its optimal temperature. Enrichments experiments in PO4 and glucose incubated at in situ temperature and in situ temperature + 3°C allow to observe that the synergistic nature of the interaction between temperature and resources. The assumption of a scenario assuming that BP, prot and phos changes during a temperature change suggests that prot:BP and phos:BP ratios decrease with a warming and increase with a cooling. Finally, these experiments show that temperature and PO4 availability are the main factors controlling heterotrophic activities. The study on OM availability and associated timing (pulsed or continuous) conducted during 4 seasonal cultures demonstrates that at different seasons and according to the delivery mode of OM, BA, BP and BR are varying significantly. However, the BA, BP and the BR does not show significant differences between the tanks with pulse OM addition and continuous OM addition suggesting that predominant bacterial communities are insensitive to the nature of nutritional disturbance whereas bacterial activities are highly dependent.

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